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基于标准CMOS工艺的微电场传感器信号读取电路研究

崔国平  
【摘要】: MEMS微传感器信号读取电路是传感器领域与微电子领域的重要结合,本选题针对基于MEMS技术的微型传感器的微弱电流信号,对其CMOS读出电路以及与数字电路接口的关键技术进行了研究,为MEMS微传感器以及后续的微电子电路的单芯片集成打下了基础。 以MEMS微型电场传感器为研究对象,分析了其输出信号的特点。从分析传感器工作原理入手,对于加单端激励和双端激励信号,建立了相应的传感器数学模型和等效电路,为深刻理解信号特点和设计后面的电路提供了指导。 提出了用工作在线性区的长沟道晶体管作反馈电阻以及利用晶体管自身的交流阻抗来实现电流电压转换的方法。提出了一种直接数字化的峰值提取电路结构,该峰值提取电路只关注正弦波的峰值点,简化了采样保持的过程,利用电压—时间转换原理(或者说是电压—占空比转换原理),该方案的分辨率与外加时钟的频率有关,因此可以很高。辅以数字逻辑电路,可以直接输出十位数字信号,避免了使用额外A/D转换器带来的功率和空间的消耗。 以上设计电路采用新加坡Chartered半导体制造公司0.35μm 3.3V标准CMOS工艺流片并测试。


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